Сравнение ППУ и пружинного блока

Споры о том, какое наполнение матрасов/мягкой мебели действительно помогает улучшить сон и повысить уровень комфорта не утихают вот уже последние десятилетия. И это, безусловно, имеет серьезную внутреннюю причину: мы хотим отдыхать правильно! Но как самостоятельно разобраться с огромным ассортиментом современного рынка и не пожалеть? Обратиться к научным экспериментальным данным! В данной статье мы одновременно рассмотрим свойства классических пружинных матрасов, пружинных матрасов с независимым блоком, полиуретановых матрасов из стандартной и высокоэластичной пены, ведь наиболее полный анализ информации – единственно верный подход для получения объективных выводов!

Внутреннее содержимое

Говоря о комфорте, каждый человек подразумевает свой личный и неповторимый опыт, поэтому данное точное определение этому понятию невозможно. И все же у большинства оно складывается из двух важных аспектов – уюта и удобства. Поэтому ключевой фактор комфортабельности мебели для сиденья или лежания — внутреннее содержимое мягкого элемента. Его материалы делятся на настилочные для распределения давления с тела человека и материалы, создающие опору телу человека. Пружинные блоки и эластичный ППУ — две популярные разновидности материалов, которые применяют сегодня для производства мягкой мебели для сидения и лежания.

Прародителем пружин для матрасов и мягкой мебели стали пружины, которые использовали в часовых механизмах. Основные патенты на использование пружин как смягчающего элемента зарегистрированы в 1850–1900 гг. в Великобритании и Америке. Пружины использовали в сиденьях первых автомобилей. Уже в 1899 г. Джеймс Маршал патентует первую модель отдельно обёрнутых пружин для матрасов, которые получили распространение на западе как «пружины Маршала». Пружинные матрасы были единственным решением до 1950-х годов, но затем появилась серьезная альтернатива — пенополиуретан.

С развитием производства ППУ вытеснил существующие пружинные технологии почти из всех областей применения. Сегодня автомобильные кресла исключили пружинную технологию. Даже в авиастроении эластичные пены полностью вытеснили пружинные сиденья. В странах Западной Европы доля матрасов из ППУ достигает 38%, причём рост доли ППУ-матрасов подстёгивает развитие онлайн-торговли. Но, так как производство пружинных диванов в странах Европы носит нишевый характер, точной информации по применению пружин и пружинных блоков в мягкой мебели на данный момент нет.

Проблемы эластичного ППУ в России

Почему же в России пружины до сих пор предпочитают для опорной части матраса или дивана? Дело в том, что отечественный рынок пресыщен пенополиуретаном различных марок – от качественных выскоэластичных до бюджетных с низкой плотностью. При высокой конкуренции среди производителей конечных изделий для сиденья и лежания требования к качеству ППУ двигаются «по спирали деградации» в угоду снижения себестоимости готового изделия. Производители ППУ способны выпускать ассортимент марок плотностью от 16 до 60 кг/м3 (для технического применения пены изготавливают в диапазоне 8–250 кг/м3). Но производители мебели и матрасов стремятся выбирать дешёвые марки низкой плотности.

Как показывает статистика, подавляющее большинство жителей СНГ не сталкивалось с ППУ высокой плотности и улучшенными физико-механическими показателями в мягкой мебели. Поэтому отношение к этому материалу часто выражается как «слишком мягкий, недолговечный, некачественный». В этом плане с производством пружин проще. Их невозможно сделать 18-й плотности, устройство и принципы работы легко объяснить покупателям. Хотя свойства пружинных блоков вызывают сомнения.

Сравнение свойств ППУ и пружин

Сравнивая качественный ППУ с достаточной плотностью (от 28 кг/ м3 и выше), высокоэластичную пену HR и независимый пружинный блок, получим объективную картину физико-механических параметров:

На графике представлены три материала с почти одинаковым напряжением при сжатии на 40% от первоначального размера. Этот параметр называют жёсткостью. Для испытаний взяли стандартную пену плотность 28 кг/м3 и жёсткостью 3.95 кПа (зелёная линия), высокоэластичную пену плотностью 40 кг/м3 и жёсткостью 4,36 кПа (синяя линия), а также независимый пружинный блок жёсткостью 4.09 кПа (красная линия). Для сравнения выбрали независимый пружинный блок, потому что этот тип пружин позиционируют как «более качественная альтернатива ППУ».

ЗАМЕЧАНИЕ: Испытания и интерпретация проводились по уже существующим методикам. За основу взяли ГОСТ 26605-93 «Полимерные ячеистые материалы. Определение зависимости напряжение-деформация при сжатии и напряжения сжатия». Но методику испытаний пришлось нарушить, так как высота пружинного блока составила 180 мм. У высоты пружин всегда есть минимальные и максимальные пределы в отличие от ППУ. Пружины различной высоты показывают разные показатели, поэтому решили взять наиболее популярный размер. Эти результаты не могут быть приняты как истинные, так как методика определения показателей рассчитана для полимерных материалов. Высоту образцов испытываемых пен также изменили для точности оценки результатов, поэтому напряжение при сжатии на 40% не соответствует снимаемым показателям при проведении испытаний согласно ГОСТу.

Эластичные вспененные материалы — это объёмная масса сообщающихся ячеек (в случае ППУ). Нагрузка распределяется равномерно между большим количеством рёбер ячеек полимерного материала. В пружинных блоках нагрузка в изделии переносится на металлическую проволоку, из которой состоит пружина. Даже микроскопический дефект способен вызвать повреждение пружины и дальнейшее разрушение. В интернете много отзывов с описанием поломки пружины внутри готового изделия. Дефекты в проволоке зависят от качества металла, технологии волочения и других факторов. Обрыв или выход из строя даже одной пружины может испортить потребительские свойства материала. На одно спальное место рекомендовано использовать 700– 2000 отдельных пружин. Это повышает статистический риск поломки. В случае эластичных полимерных пен обрыв одной ячейки не приведёт к кардинальному изменению свойств. Особенно если речь идёт об использовании вспененных материалов высокой плотности. Поэтому их считают более надёжными и безопасными материалами. Это также доказывают независимые исследования. Отметим, что в отличие от пружин эластичные пены не находятся в сдавленном состоянии, а пребывают в изначальном состоянии. Если вскрыть «кармашек» пружины, то пружина увеличит длину в 1,1-1,5 раза, пребывая в изначально напряжённом состоянии.

Мягкие элементы мебели и матрасы невозможно изготовить только из пружинного блока из-за неспособности материала распределять давление в точках соприкосновения с телом лежащего человека. Пружинный блок рассматривается в промышленности как опорный слой, который покрыт настилочным слоем. Если рассматривать долговечность изделия, то основная нагрузка приходится на настилочный слой, качество которого и определяет долговечность изделия. Качество — оптимальная плотность вспененного полимера, соотношение плотности и жёсткости, толщина и другие параметры. Даже безупречный пружинный блок не спасёт от рекламаций, если в качестве настилочного слоя будет использован, к примеру, ППУ плотностью 16 или 18 кг/м3, полиэфирное волокно или «натуральные» материалы. Независимый пружинный блок накрывают слоем войлока или другим жёстким материалом, долговечность которого и есть частый источник рекламаций. В случае применения ППУ его используют монолитно или в комбинации со слоями ППУ других марок без использования неэластичных элементов. Неэластичная или жёсткая прослойка сильно искажает «независимость» пружинного блока, так как тело человека не сдавливает пружины по отдельности, а только на определённой площади, которая зависит от показателя жёсткости покровного слоя пружин.

Показатели комфорта

На Западе в индустрии производства эластичного ППУ параметр коэффициента опоры для определения комфортных свойств материалов называют sag-factor. У западных производителей мебели свои требования к этому параметру в спецификациях на применяемые материалы. Коэффициент опоры — это отношение жёсткости материала при 65% сжатии и жёсткости при 25%. Sag-фактор говорит о том, насколько эффективно материал набирает жёсткость при увеличении деформации, как материал создаёт комфорт сидящему или лежащему человеку. Интерпретируем выражение иначе. Тогда высокий sag-фактор говорит, что материал мягкий при небольшой деформации и становится жёстким при вдавливании. У него универсальные свойства и он приспосабливается под контуры лежащего или сидящего человека. Посмотрите на график испытаний выше. При одинаковой жёсткости и при деформации 40% (у стандартной пены (3,95), у высокоэластичной пены (4,36) и у пружинного блока (4,09)) показатели жёсткости при деформации 70% будут существенно различаться. У пружинного блока жёсткость составит около 7 кПа, у стандартной пены — 10 кПа, у высокоэластичной пены — выше 14 кПа (разница с пружинным блоком — 2 раза).

Испытания ППУ

Данные в таблице относятся к маркам ППУ достаточной плотности и исходят из одного образца пружин. Если говорить о популярной в России ППУ марки ST1828, то не стоит ожидать высоких показателей sag-фактора. Средний sag-фактор этой марки равен 1,8-1,9. В этом случае невозможно её использовать в качестве опорного слоя. Материал будет продавливаться при увеличении нагрузки, что приведёт к эффекту «гамака».

Эластичный ППУ марки ST1828 на графике отмечен красным, независимый пружинный блок — зелёной линией. По сравнению с пружиной у стандартных марок низкой плотности (в нашем случае 18 кг/м3) низкая теоретическая долговечность. Коэффициент упругости в два раза меньше. Не рекомендуем использовать эту марку в матрасах как опорный слой для нагрузок и даже для изделия из категории сверх экономного сегмента. Эту марку применяют в элементах, которые не несут никакой динамической нагрузки: тыловая часть, обивка в области ног. Их используют там, где нет соприкосновения с телом человека.

Но если сравнивать пружины с высокоэластичным ППУ марки HR5535, то видны преимущества ППУ перед пружиной. На совмещённом графике ниже HR5535 отмечен зелёной линией, а независимый пружинный блок — красной линией.

Высокие показатели долговечности гарантируют долгий срок службы изделия при высоких динамических нагрузках. У этой марки пены высокий коэффициент упругости 84,3. А высокий sag-фактор говорит о возможности снижения толщины изделия при сохранении комфорта. Это важно при изготовлении тонких сидений на жёстком основании. При производстве матрасов высокоэластичные марки ППУ с высокой плотностью используют для оснащения спальных мест в судостроении, в кабинах водителей большегрузных автомобилей у западных производителей и в других областях с ограничениями в пространстве. Использовать пружины в этих случаях невозможно.

Испытания пружинных блоков

Для полноты картины мы испытали пружинные блоки с различной жёсткостью по той же методике:

Пружинные блоки отличаются друг от друга. При низкой изначальной жёсткости коэффициент опоры (sag-фактор) доходит до значения 2,01. Но это свойство было только у пружинного блока жёсткостью 1,73 кПа, который не популярен среди производителей и не обеспечивает достаточной поддержки среднестатистическому человеку.

У испытанных пружин график зависимости деформации от жёсткости представляет линейную зависимость. В этом отличие от эластичных пен. И также невозможно комбинировать пружинные блоки между собой в «сэндвиче». Снимаемые графики представляют собой максимальные свойства пружинных блоков в области комфорта, которые ниже, чем у ППУ плотностью 28 кг/м3 и выше в плане предоставляемого комфорта и поддержки. Снимаемые графики представляют собой максимальные свойства пружинных блоков в области комфорта и в плане предоставляемой поддержки, которые ниже, чем у ППУ плотностью 28 кг/м3.

Экономическая составляющая сравнения ППУ и пружин

В составе пружины и ППУ принципиально разные источники сырья. Это делает их ценообразование независимым друг от друга. По прогнозам, ценообразование на эластичные полимерные пены стабильно. Это способствует дальнейшему развитию использования ППУ при производстве изделий, которые делают нашу жизнь комфортной. Если пены настолько хороши, почему в западных странах до сих пор используют пружины и пружинные блоки при производстве матрасов? Речь идёт именно о матрасах.

Для производства мягкой мебели в европейских странах пружинные блоки используют редко и только в нишевых позициях, так как эластичный ППУ – это новый материал.

Технологии производства и применения полиуретанов уже получили массовое развитие. А технологии вторичной переработки только зарождаются. Пружины легко переработать, в отличие от полиуретанов. Технологии развиваются и в скором будущем появятся полиуретаны «замкнутого цикла жизни». Это исключит применение пружин в западном мире при производстве матрасов. Технологии замкнутого цикла дадут доступ к дополнительным объёмам сырья, что повлияет на мировой рынок ППУ.

Итоги

И все же, какой матрас лучше: пенополиуретановый или пружинный? Получив данные сравнительных экспериментов, можно с уверенностью сказать, что пружина – технология, отжившая свой век. В начале XX века это действительно был прорыв, но теперь нам известны материалы с гораздо более впечатляющими показателями безопасности и полезными свойствами! Посмотрим на недостатки классических пружинных блоков и блоков независимых пружин еще раз:

• Пружина – опасная механическая деталь, которая способна причинить вред здоровью даже будучи защищенной специальным чехлом;
• Со временем материал «устает» и образовывает на поверхности неровности («эффект гамака»), создает скрип и другие посторонние звуки;
• Из-за особенностей строения блока, давление на одну пружину влечет за собой деформацию соседних пружин (линейная зависимость деформации), что существенно ухудшает амортизационные и ортопедические эффекты изделия при одновременном отдыхе людей с разным весом;
• Вес пользователя распределяется неравномерно, так как жесткость пружинных блоков одинакова по всей поверхности. Это не дает должного уровня поддержки опорных точек тела во время отдыха и не позволяет мышцам расслабиться до конца.

Современный высокоэластичный ППУ решает проблемы, создаваемые мягкой мебелью и матрасами на основе пружин, раз и навсегда меняя представление о правильном отдыхе. Материал имеет расширенную линейку жесткостей, чтобы каждый смог подобрать для себя наиболее оптимальный вариант. Причем некоторые модели имеют строение «сендвича», совмещая в себе и жесткие, и мягкие слои! Производители также улучшили главные показатели качества (коэффициент упругости и sag-factor), что продлило срок использования матраса до 15 лет.

Однако важно помнить об особенностях российского пенополиуретанового рынка: недорогое, чересчур гибкое и тонкое изделие не имеет никаких преимуществ! Обращайтесь только к проверенным производителям, тщательно изучайте состав покупаемого изделия и обращайте внимание на плотность используемого ППУ – в идеале она должен быть не менее 25. Только в таком случае покупка повысит уровень вашей жизни, подарит незабываемое ощущение комфорта и прослужит долго!